Lubricación correcta de la transmisión y los diferenciales

La viscosidad correcta para proveer la Lubricación Hidrodinámica requerida para las velocidades, cargas, diámetros, ángulos, tolerancias y materiales utilizados. Lubricación hidrodinámica es la película de aceite que separa las piezas dentro de la transmisión o el diferencial. Cuando hay mucha viscosidad, no circula y deja contacto directo entre piezas de metal. Cuando el aceite es de baja viscosidad, pierde su película y permite el contacto entre las superficies metálicas. Cuando el aceite básico utilizado en la formulación del aceite es de baja calidad, hay mayor tendencia a la oxidación del aceite y esta oxidación aumenta la viscosidad del aceite, limitando su circulación y protección.

El gráfico siguiente demuestra el comportamiento de la viscosidad de los 6 aceites típicamente utilizados en transmisiones manuales y diferenciales. Nota que entre mas la temperatura se acerca a los 100oC, mas se acercan las viscosidades. La diferencia entre la viscosidad del SAE 80W-90 y el SAE 250 a 100oC es solamente 15 cSt, mientras la diferencia a 20oC es 4400 cSt. ¿Que razón se podría ofrecer para tratar de mover y lubricar con un aceite grueso cuando sabemos que a temperaturas operacionales la diferencia es mínima? La transmisión opera entre 40o a 70oC una vez que el vehículo está en operación normal (depende mucho de la temperatura del ambiente y la circulación del aceite por los componentes).

La fuerza requerida del motor solamente para mover aceite viscoso a 10oC ó 20oC, especialmente cuando el motor todavía esta frío es significativa. El aceite no penetra por los cojinetes ni bujes, dejándolos funcionar en seco. Además, el aceite tan grueso no se desplaza de los sincronizadores, dificultando los cambios y dañando las piezas.

En un estudio de temperaturas con un pirómetro láser, encontramos que las transmisiones de camiones y flotas Volvo que utilizaban SAE 85W-140 cuando deberían haber utilizado SAE 80W-90 operaban 20oC mas caliente que los que operaban con SAE 80W-90. Esos 20oC “adelgazaba” tanto el aceite que el SAE 80W-90 era mas viscoso que el SAE 85W-140. Se puede bajar o reducir más la temperatura con mejores aditivos (borato inorgánico). Como parte de este estudio reemplazamos el aceite tradicional SAE 85W-140 con azufre/fósforo en una de las transmisiones con el Chevron Delo Gear Lubricant SAE 80W-90 que utiliza borato inorgánico para lubricación marginal y reducimos la temperatura de 94oC a 56oC. Una reducción en fricción y temperatura aumentará la vida útil del equipo.

Entre mas viscoso el aceite, menos circulación entre cojinetes, puntos de apoyos, etc. y mayor el consumo de combustible por la resistencia creada. Siempre hay que revisar el manual del propietario o una tabla que tienen los mejores distribuidores de lubricantes para saber la viscosidad correcta para su vehículo.

La cantidad, calidad, y tipo de aditivos utilizados en el aceite para proveer Lubricación Marginal (límite) y pueden ser:

1. Una combinación de azufre y fósforo que se combina para proveer un superficie sacrificial químicamente adherido a los metales para hacerlos mas resbalosos y absorber el desgaste. Esta combinación de aditivos es lo más económico, pero tiene una vida útil mas corta y puede dañar bronce u otros metales blandos en casos de extrema presión. Con el tiempo estos aditivos pierden su capacidad de adherencia química, acabando con su protección.
2. Molibdeno que se adhiere a la superficie cuando hay alta temperatura por la fricción causada cuando se pierde la película hidrodinámica, resultando en una superficie más resbalosa. Normalmente utilizado con azufre/fósforo para mejorar las características EP y reducir temperaturas.
3. Un compuesto de esferas de Borato Inorgánico que se adhiere eléctricamente a las superficies metálicas para rodar y causar el resbalamiento de las piezas cuando se acaba la película hidrodinámica. Este sistema de protección es más caro que los sistemas tradicionales, pero reduce las temperaturas y provee mayor protección contra desgaste de todos los materiales. Protege bronce tanto como hierro, y provee más que el doble de vida útil (mientras no se lo contamina).
4. Una combinación de zinc y fósforo. Esto no provee el mismo nivel de protección, pero es inofensivo para los metales amarillos y mejora la sincronización. Esto es el sistema de protección utilizado por marcas como Isuzu donde utilizan aceite de motor en algunas transmisiones. También es parte del paquete de aditivos utilizado para los fluidos TO-4 para Caterpillar y Fuller. Los aceites ATF normalmente contienen zinc y fósforo combinado con boro y otros aditivos para proveer la misma protección.

La prueba que se utiliza para demostrar la capacidad del aceite y sus aditivos de resistir las presiones encontradas es la prueba Timken®, desarrollada por la fábrica de rodamientos Timken, utilizado por todos fabricantes de aceite bajo la norma ASTM D2782 y expresado en las fichas técnicas en kilos o libras de presión. Entre mas alta sea la fuerza que resiste, más alta la protección. Si probamos un aceite GL-1 SAE 140 veremos que su protección no pasa de 5 libras, mientras los aceites GL-5 protegen entre 30 libras y 75 libras (dependiendo del tipo de aditivo EP).

La selección de los aditivos no es tan simple como parece. Entre mas carga llevamos, mas protección necesitamos. También, por el hecho que el diferencial (o mandos finales en algunos casos) hace el último aumento de torque (par), éste requiere mayor protección. Cuando el diferencial tiene bloqueador o resbalamiento limitado (LSD), requiere aditivos adicionales para permitir el enganche de los embragues que limita el patinado de la rueda en el barro.

En la transmisión manual tenemos sincronizadores de diferentes tamaños, materiales y ángulos. El aceite tiene que poder desplazarse de los sincronizadores para que se frenen sus discos y enganchen sus dientes. Si el aceite es muy viscoso, no desplaza. Si los aditivos son demasiado fuertes, mantiene su protección y no permite contacto firme entre superficies, limitando la sincronización, quemando los sincronizadores y recalentando el aceite. Algunas transmisiones manuales tienen sincronizadores de bronce con un ángulo tan cerrado que requiere aceite ATF para desplazarse. Cualquier aceite más viscoso daña los sincronizadores.

Los camiones Nissan UD y muchos camiones Ford y Freightliner frecuentemente vienen con una transmisión marca “Fuller”. Esta transmisión no puede utilizar los aceites comunes con aditivos de azufre y fósforo. Aquí tenemos un ejemplo que demuestra la diferencia en desgaste entre dos aceites. La primera muestra, cuando el camión tenia 88,000 kilómetros muestra un aceite típico GL-5 con azufre/fósforo. Tiene 13 ppm de cobre y 22 ppm de hierro en 23,000 kilómetros. La segunda muestra es del aceite correcto, que cumple con las normas Fuller (y Caterpillar TO-4) tiene mas de 26,000 kilómetros de recorrido con 30% menos desgaste de cobre y 50% menos desgaste de hierro aunque tiene 12% mas de contaminación por tierra del medio ambiente. La tercera muestra también es con el aceite correcto.

Al final la selección del aceite correcto para su vehículo no es una decisión para el cambiador de aceite en cualquier estación de servicio.